JPS6117070A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
- Publication number
- JPS6117070A JPS6117070A JP59135183A JP13518384A JPS6117070A JP S6117070 A JPS6117070 A JP S6117070A JP 59135183 A JP59135183 A JP 59135183A JP 13518384 A JP13518384 A JP 13518384A JP S6117070 A JPS6117070 A JP S6117070A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluid
- acceleration
- acceleration sensor
- light
- spherical tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/093—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by photoelectric pick-up
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）技術分野
本発明は低周波の振動や加速度変化に対して使用できる
加速度センサに関する。
加速度センサに関する。
仲）従来技術
従来、被測定物より加振される振動体の共振周波数特性
を利用して圧電材料を加圧させることにより被測定物の
振動加速度を検出する共振形加速度検出器が提案されて
いる。（たとえば実開昭５６−８５５８ ）。第１図は
この種の圧電型の加速度センサの一例であり、支持部ｌ
に圧電体はり２が取り付けられ圧電体は９２の先端にお
もり３が取り付けられている。圧電体はり２Ｆｉチタン
酸バリウムなどの強誘電体材料から作られており、おも
り３に加わる加速度に比例して加えられるひずみに比例
した電荷量を発生する〇従うて圧電体は９２が発生する
電圧（電荷）を端子ａ＋ｂで検出すれば加速度がわかる
。この圧電型加速度センサの応答周波数は圧電体は９２
の形状およびおもり３の質量で決まる共振周波数より低
い必要がある。また共振周波数すなわち応答周波数領域
と感度は反比例の関係がある。
を利用して圧電材料を加圧させることにより被測定物の
振動加速度を検出する共振形加速度検出器が提案されて
いる。（たとえば実開昭５６−８５５８ ）。第１図は
この種の圧電型の加速度センサの一例であり、支持部ｌ
に圧電体はり２が取り付けられ圧電体は９２の先端にお
もり３が取り付けられている。圧電体はり２Ｆｉチタン
酸バリウムなどの強誘電体材料から作られており、おも
り３に加わる加速度に比例して加えられるひずみに比例
した電荷量を発生する〇従うて圧電体は９２が発生する
電圧（電荷）を端子ａ＋ｂで検出すれば加速度がわかる
。この圧電型加速度センサの応答周波数は圧電体は９２
の形状およびおもり３の質量で決まる共振周波数より低
い必要がある。また共振周波数すなわち応答周波数領域
と感度は反比例の関係がある。
このような加速度センサは圧電体のひずみによる発電効
果を利用しているため、低周波領域（Ｉ Ｈｚ以下）の
振動に対して感度が低く、圧電体は９２と支持部１との
取付は部位の機械的強度が問題になり、信頼性が低く、
出力電圧が微゛弱（ＩＧの加速度に対して１０ ｍＶ程
度）であるため、低ノイズの増幅器が必要になるなどの
問題がある。
果を利用しているため、低周波領域（Ｉ Ｈｚ以下）の
振動に対して感度が低く、圧電体は９２と支持部１との
取付は部位の機械的強度が問題になり、信頼性が低く、
出力電圧が微゛弱（ＩＧの加速度に対して１０ ｍＶ程
度）であるため、低ノイズの増幅器が必要になるなどの
問題がある。
（ハ）発明の目的および構成
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、低周波
の振動や加速度変化に対しても高感度の検出ができる加
速度センサを提供することを目的とし、この目的を達成
するために、同心球管内に２つの質量の異なる流体を一
方が微小体積を占め他方が残りの体積を占めるように充
、填し、前記一方の流体の位置を検出して加速度を検出
するように構成したものである。
の振動や加速度変化に対しても高感度の検出ができる加
速度センサを提供することを目的とし、この目的を達成
するために、同心球管内に２つの質量の異なる流体を一
方が微小体積を占め他方が残りの体積を占めるように充
、填し、前記一方の流体の位置を検出して加速度を検出
するように構成したものである。
に）実施例
以下本発明を図面に基づいて説明する。
第２図は本発明による加速度センサの一実施Ｆ！ＡＪＦ
示しており、加速度センサは、支持台５上に透明同心球
管６が固定されており、たとえばＬＥＤのような発光源
７が同心球管６の中心位置で支持台５上に固定されてい
る。同心球管６の内部には着色した不透明な流体８が充
填されており、同時に微量（同心球管６０両壁に接する
程度）の透明な流体（たとえば空気）９が球状体（泡）
となって人っている。加速度センサをこのように構成す
れば、発光源７から放射された光は流体９の部分のみを
透過する。この光を集光用レンズ】０で集光して位置セ
ンサ１１上に結像させる。ここで用いられる位置センサ
１１は半導体装置検出素子として知られているものでよ
く、受光面に光が当ると、空乏層内に電子正孔対が発生
し、周辺に設けた電極から取り出せる電流値によって受
光点の位置を検出することができる。
示しており、加速度センサは、支持台５上に透明同心球
管６が固定されており、たとえばＬＥＤのような発光源
７が同心球管６の中心位置で支持台５上に固定されてい
る。同心球管６の内部には着色した不透明な流体８が充
填されており、同時に微量（同心球管６０両壁に接する
程度）の透明な流体（たとえば空気）９が球状体（泡）
となって人っている。加速度センサをこのように構成す
れば、発光源７から放射された光は流体９の部分のみを
透過する。この光を集光用レンズ】０で集光して位置セ
ンサ１１上に結像させる。ここで用いられる位置センサ
１１は半導体装置検出素子として知られているものでよ
く、受光面に光が当ると、空乏層内に電子正孔対が発生
し、周辺に設けた電極から取り出せる電流値によって受
光点の位置を検出することができる。
次に上記加速度センサの動作原理を説明する。
密度ρｌの物質中に密度ρ２（〈ｐ□）の物質が存在す
る系を考えると、密度ρｌの物質は加°速度Ｇにより単
位体積当りρＩＧの力を下方に受け、密度ρ２の物質は
単位体積当りρ２Ｇのガを下方に受ける。従って密度ρ
２の物質に働く浮力ＦｏはＦｏ ＝ （ρ２−ρｔ）Ｇ
＜０となる。
る系を考えると、密度ρｌの物質は加°速度Ｇにより単
位体積当りρＩＧの力を下方に受け、密度ρ２の物質は
単位体積当りρ２Ｇのガを下方に受ける。従って密度ρ
２の物質に働く浮力ＦｏはＦｏ ＝ （ρ２−ρｔ）Ｇ
＜０となる。
またこの系に加速度αを加えると１慣性力がそれぞれの
物質に働く。その結果密度ρ１の物質には加速度αと逆
方向に単位体積当りρ１αの慣性力が働き、また密度ρ
２の物質には加速度αと逆方向に単位体積当りｐ２αの
慣性力が働く。従って密度ρ１中に存在する密度ρ２に
働く慣性力Ｆ＋ １ｄ Ｆｌ ＝ −（ρ２−ρ□）α〉０ となり、加速度αと同方向である。
物質に働く。その結果密度ρ１の物質には加速度αと逆
方向に単位体積当りρ１αの慣性力が働き、また密度ρ
２の物質には加速度αと逆方向に単位体積当りｐ２αの
慣性力が働く。従って密度ρ１中に存在する密度ρ２に
働く慣性力Ｆ＋ １ｄ Ｆｌ ＝ −（ρ２−ρ□）α〉０ となり、加速度αと同方向である。
その結果、密度ρ１の物質中にある密度ρ２（＜ρ１）
の物質の受ける力は Ｆ＝Ｆｏ＋Ｆ、＝（１）ｓ ／）ｘ ） （（Ｚ
Ｇ）となる。
の物質の受ける力は Ｆ＝Ｆｏ＋Ｆ、＝（１）ｓ ／）ｘ ） （（Ｚ
Ｇ）となる。
、従って第２図の実施例の場合、外部からαの加速度が
加わると流体８よりも密度の小さな流体９は、合成加速
度（α−Ｇ）の向きに浮力を受け、αがＧと垂直な横方
向の加速度とすると流体９け同心球管６の最上部から角
度θ＝如−１（α／Ｇ）の位置に移動してそこで安定す
る〇集光用レンズ１０の結像面Ｆは、第２図に示したよ
うに、同心球管６の最上部人の接する平面上に合わせて
いる。従って、横方向に加速度αが加わった場合流体９
を透過した光の結像面Ｆでの横方向変位Ｘは同心球管６
０半径をｒとすると、 ｘ＝ｒｔａｎθ（θｔ＝ｂｍ−” （α／ Ｇ ） ）
＝ （’／ｃ）αとなり、αに比例した量となる。
加わると流体８よりも密度の小さな流体９は、合成加速
度（α−Ｇ）の向きに浮力を受け、αがＧと垂直な横方
向の加速度とすると流体９け同心球管６の最上部から角
度θ＝如−１（α／Ｇ）の位置に移動してそこで安定す
る〇集光用レンズ１０の結像面Ｆは、第２図に示したよ
うに、同心球管６の最上部人の接する平面上に合わせて
いる。従って、横方向に加速度αが加わった場合流体９
を透過した光の結像面Ｆでの横方向変位Ｘは同心球管６
０半径をｒとすると、 ｘ＝ｒｔａｎθ（θｔ＝ｂｍ−” （α／ Ｇ ） ）
＝ （’／ｃ）αとなり、αに比例した量となる。
この関係は同心球管６の形状が同心球であるため、任意
の横方向に加速度が加わった場合に成立する。従って縦
方向と横方向の２次元的な加速度を−クのセンサで検出
することがで８る。
の横方向に加速度が加わった場合に成立する。従って縦
方向と横方向の２次元的な加速度を−クのセンサで検出
することがで８る。
ま、た本実施例においては、不透明な流体８の材質およ
び同心球管６の管壁間隔を変えることにより加速度の変
化に対する流体９の応答性を変えることができる。たと
えば流体８の材質を水からシリコンオイルに変えること
により、また原管６の管壁間隔を小さくすることにより
応答性を悪くすることができる。このため加速度センサ
としてだけではなく、周波数の応答性を変えて傾斜角セ
ンサとしても用いることができる。
び同心球管６の管壁間隔を変えることにより加速度の変
化に対する流体９の応答性を変えることができる。たと
えば流体８の材質を水からシリコンオイルに変えること
により、また原管６の管壁間隔を小さくすることにより
応答性を悪くすることができる。このため加速度センサ
としてだけではなく、周波数の応答性を変えて傾斜角セ
ンサとしても用いることができる。
第３図は本発明による加速度センサの他の実施列分示す
。
。
この実施例は支持台１２上に非磁性体同心球管１３が固
定されており、原管１３の内部には非磁性流、体１４が
充填されており、同時に微量の磁性流体１５が人ってい
る。磁性流体１５から出た磁気は同心球管１３上に形成
された磁気センサマトリックス１６により検出され、磁
性流体１５の位置が検出される。磁気センサマトリック
ス１６はホール素子や磁気薄膜抵抗をマトリックス状に
配列して構成したものである。
定されており、原管１３の内部には非磁性流、体１４が
充填されており、同時に微量の磁性流体１５が人ってい
る。磁性流体１５から出た磁気は同心球管１３上に形成
された磁気センサマトリックス１６により検出され、磁
性流体１５の位置が検出される。磁気センサマトリック
ス１６はホール素子や磁気薄膜抵抗をマトリックス状に
配列して構成したものである。
この実施例の加速度検出動作は第２図の実施例の場合と
同様であり、比重の異なる非磁性流体１４と磁性流体１
５との祠係から磁性流体１５に浮力が生じ、外部から加
えられた加速度に応じて磁性流体１５が非磁性同心球管
１３内で変位する。この場合の変位角θは重力加速度を
０１横方向に外部から加えられた加速度をαとすると、 θ＝−−Ｉ （α７ａ ） となる。αが微小な場合はθＺα／Ｇとなり、変位角θ
は加速度αに比例する。
同様であり、比重の異なる非磁性流体１４と磁性流体１
５との祠係から磁性流体１５に浮力が生じ、外部から加
えられた加速度に応じて磁性流体１５が非磁性同心球管
１３内で変位する。この場合の変位角θは重力加速度を
０１横方向に外部から加えられた加速度をαとすると、 θ＝−−Ｉ （α７ａ ） となる。αが微小な場合はθＺα／Ｇとなり、変位角θ
は加速度αに比例する。
第２図および第３図の実施列においてに、透明な流体９
および磁性流体１５の比重の方がそれぞれ不透明な流体
８および非磁性流体１４の比重よりも小さいとしている
が、同心Ｍ管を下向きに凸状となるように向ければ比重
の大小が逆の場合でも可能である。
および磁性流体１５の比重の方がそれぞれ不透明な流体
８および非磁性流体１４の比重よりも小さいとしている
が、同心Ｍ管を下向きに凸状となるように向ければ比重
の大小が逆の場合でも可能である。
（ホ）発明の詳細
な説明したように、本発明においては、同心球管内に２
つの質量の異なる流体を一方が微小体積を占め他方が残
りの体積３占めるように充填し、前記一方の流体の位置
に基づいて加速度を検出するようにしたので、低周波の
振動や加速度変化に対しても流体が動き易いので高感度
が得られ、縦、横両方向の２次元的な加速度や振−動、
衝撃の大きさが同時に検出できる。また、振動時の可動
部が流体のみであるので機械的強度が問題にならず信頼
性が高い。
つの質量の異なる流体を一方が微小体積を占め他方が残
りの体積３占めるように充填し、前記一方の流体の位置
に基づいて加速度を検出するようにしたので、低周波の
振動や加速度変化に対しても流体が動き易いので高感度
が得られ、縦、横両方向の２次元的な加速度や振−動、
衝撃の大きさが同時に検出できる。また、振動時の可動
部が流体のみであるので機械的強度が問題にならず信頼
性が高い。
第１図は従来の圧電型加速度センサの轍路線図、第２図
に本発明による加速度センサの一実施例の轍路線図、第
３図は本発明による加速度センサの他の実施例の轍路線
図である。
に本発明による加速度センサの一実施例の轍路線図、第
３図は本発明による加速度センサの他の実施例の轍路線
図である。
Claims (5)
- （１） ２つの異なる質量の流体を一方が微小体積を占
め他方が残りの体積を占めるように封入充填した同心球
管と、前記一方の流体の位置を検出する位置検出手段と
を有し、前記位置検出手段の出力に基づいて加速度を検
出することを特徴とする加速度センサ。 - （２） 前記一方の流体が光透過性、前記他方の流体が
光不透過性である特許請求の範囲第１項に記載の加速度
センサ。 - （３） 前記位置検出手段が、前記同心球管の中心に配
置した光源と、前記一方の流体を透過する該光源からの
光の位置を検出する光位置検出素子とから成る特許請求
の範囲第２項に記載の加速度センサ。 - （４） 前記一方の流体が磁性を有し、前記他方の流体
が非磁性を有する特許請求の範囲第１項に記載の加速度
センサ。 - （５） 前記位置検出手段が前記同心球管の管面に沿つ
て配置された磁気センサマトリクスである特許請求の範
囲第４項に記載の加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59135183A JPS6117070A (ja) | 1984-07-02 | 1984-07-02 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59135183A JPS6117070A (ja) | 1984-07-02 | 1984-07-02 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6117070A true JPS6117070A (ja) | 1986-01-25 |
Family
ID=15145772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59135183A Pending JPS6117070A (ja) | 1984-07-02 | 1984-07-02 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6117070A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0455878A2 (de) * | 1990-05-05 | 1991-11-13 | Heraeus Sepatech GmbH | Laboratoriums-Zentrifuge |
-
1984
- 1984-07-02 JP JP59135183A patent/JPS6117070A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0455878A2 (de) * | 1990-05-05 | 1991-11-13 | Heraeus Sepatech GmbH | Laboratoriums-Zentrifuge |
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